1、蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成概概 述述以RNA中的mRNA为模板，将mRNA的碱基所组成的遗传密码转变为蛋白质分子中氨基酸的排列顺序，称为蛋白质的生物合成，也称为翻译（translation）。生物的遗传信息储存在DNA分子的碱基排列序列中（少数生物是RNA），在转录过程中，将DNA的遗传信息转移至mRNA分子中，mRNA是蛋白质生物合成的直接模板；tRNA分子与氨基酸结合形成氨酰-tRNA,将蛋白质的合成原料氨基酸搬运至蛋白质生物合成的场所核糖体上；rRNA与蛋白质构成的核糖体是蛋白质生物合成的场所。可见，细胞内的主要几种RNA（mRNA、tRNA、rRNA）均直接参与了蛋白质生物合成过
2、程。DNA虽不直接参与了蛋白质生物合成过程，但它却控制着蛋白质生物合成的遗传信息，归根结底来说，蛋白质生物合成的遗传信息最终是由DNA决定的。参与蛋白质生物合成的物质参与蛋白质生物合成的物质 生物体内的蛋白质生物合成过程极为复杂，有许多物质参与，包括：mRNA、tRNA、核糖体、20种-氨基酸、氨酰-tRNA合成酶、转肽酶以及多种蛋白质因子等。mRNAmRNA是遗传信息的携带者是遗传信息的携带者 mRNA在细胞内含量少，稀有碱基少。mRNA的长度差别较大且寿命短。mRNA的来源是由核内DNA（带有遗传信息），按照碱基配对规则转录而来，因此，将DNA上不同碱基序列所代表的遗传信息抄录至hnRNA
3、分子中，然后，hnRNA分子通过转录后加工、进入胞浆，成为mRNA，再结合于核糖体上，参与蛋白质的生物合成过程。它是蛋白质生物合成过程中遗传信息的携带者，mRNA分子中的碱基排列序列决定了蛋白质分子中的氨基酸排列顺序。那么，组成mRNA分子的4种碱基（A、C、G和U）怎样代表蛋白质分子中的20种氨基酸呢？人们最初采用简单的数学推测：若mRNA中的1个碱基代表一个氨基酸，则只能代表4种氨基酸，显然不能满足代表20种氨基酸的需要；若mRNA中相邻的2个碱基代表一个氨基酸，则也只能代表16种氨基酸，也不能满足代表20种氨基酸的需要；若mRNA中相邻的3个碱基代表一个氨基酸，则有64种组合，这是代表2
4、0种氨基酸的最低组合，其中，三个相邻的碱基称为一组密码（coden），或称三联体密码。用64组密码来代表20种氨基酸，必然存在一种氨基酸可能有多组不同的密码。上述假设和推论很快即被证明是完全正确的。但是，每一组密码究竟代表何种氨基酸？这就是遗传密码的破译。在20世纪60年代，人们花费了大约5年的时间，破译了生物所有的64组遗传密码。遗遗 传传 密密 码码 表表密码的第1位碱基(5端）密 码 的 第 二 位 碱 基 密码的第3位碱基(3端)UCAGUUUU苯丙氨酸 UUC苯丙氨酸 UUA亮氨酸UUG亮氨酸 UCU 丝氨酸 UCC 丝氨酸 UGA 丝氨酸 UCG 丝氨酸 UAU 酪氨酸 UAC 酪
5、氨酸 UAA终止密码UAG终止密码 UGU半胱氨酸 UGC半胱氨酸UGA终止密码UGG 色氨酸 UCAG CCUU 亮氨酸CUC 亮氨酸CUA 亮氨酸 CUG 亮氨酸 CCU 脯氨酸CCC 脯氨酸CCA 脯氨酸CCG 脯氨酸 CAU 组氨酸CAC 组氨酸CAA谷胺酰胺CAG谷胺酰胺 CGU 精氨酸 CGC 精氨酸 CGA 精氨酸 CGG 精氨酸 UCA G A AUU异亮氨酸AUC异亮氨酸AUA异亮氨酸AUG甲硫氨酸 （兼起始密码）ACU 苏氨酸ACC 苏氨酸ACA 苏氨酸ACG 苏氨酸 AAU天冬酰胺 AAC天冬酰胺AAA赖氨酸AAG 赖氨酸 AGU 丝氨酸AGC 丝氨酸AGA 精氨酸AGG
6、 精氨酸 UCAG G GUU 缬氨酸GUC 缬氨酸GUA 缬氨酸GUG 缬氨酸 GCU 丙氨酸GCC 丙氨酸GCA 丙氨酸GCG 丙氨酸 GAU天冬氨酸GAC天冬氨酸GAA谷氨酸 GAG 谷氨酸 GGU 甘氨酸GGC 甘氨酸GGA 甘氨酸GGG 甘氨酸 UCAG 遗传密码具有以下特点：遗传密码具有以下特点：1 1 密码的连续性（密码的连续性（commalesscommaless）：）：mRNA分子中，一旦从一个正确的起点（AUG）开始后，必须连续三个碱基一组一组地往下阅读，中间不能有任何核苷酸间隔。mRNA分子中间若有任一个核苷酸的插入或缺少，可造成移码突变（frame shift）突变，使
7、下游的相应的氨基酸序列发生完全改变。2 2 密码的简并性（密码的简并性（degeneracydegeneracy）：）：在遗传密码表中，共有64组密码（43）。其中，3组作为翻译的终止密码（UAA、UAG和UGA）；AUG兼作翻译的起始密码（AUG是亮氨酸的密码），其余61组密码（包括AUG作为亮氨酸的密码）共同编码20种-氨基酸。因此，必然有一种氨基酸由多组密码编码的现象，成为密码的简并性。实际上，除色氨酸与亮氨酸（由一个密码编码）外，其余氨基酸均由两个或两个以上的密码编码。3 3 密码的专一性：密码的专一性：在组成遗传密码的三个碱基中，代表何种氨基酸主要由密码的第一、二位碱基决定，第三位碱
8、基相对来说，在决定其特异性上要次之。密码的简并性往往也只涉及到第三位碱基的变化。例如，UCU、UCC、UCA、UCG均是丝氨酸的遗传密码（密码的简并性），若遗传密码由UCU变为UCC（第三位碱基由U变为C），其所代表的氨基酸仍是丝氨酸，但若第一、二位密码任一个发生了改变，则其代表的氨基酸往往会发生改变如UCU变为UAU（酪氨酸）或ACU（苏氨酸）。4 4 密码的通用性（密码的通用性（universaluniversal）:无论原核生物如病毒、细菌等和真核生物包括人类都共用一套遗传密码即三联体密码。但近年发现，在真核细胞的线粒体、叶绿体中的蛋白质生物合成时，虽然也使用三联体密码，但所代表的氨基酸
9、有少许的差异，主要有（括号内是通用遗传密码所代表的氨基酸）：AUA（异亮氨酸）：起始密码、蛋氨酸 AUG（蛋氨酸兼起始密码）、AUU（异亮氨酸）：起始密码 AGA(精氨酸)、AGG(精氨酸)：终止密码 UGA（终止密码）：色氨酸 5 5 密码的方向性：密码的方向性：在mRNA中，遗传密码的阅读总是从53，且排列上总是起始密码位于靠近mRNA的5端，而终止密码位于靠近mRNA的3端。在mRNA中遗传密码的这种方向性排列决定了其翻译的方向性。mRNA集中于胞质内，大部分与核糖体结合，可能有少部分与其他蛋白质结合存在。mRNA与蛋白质（包括核糖体）的结合存在可能使其不易被细胞内经常存在的核糖核酸酶（
10、RNase）所降解，因而对mRNA具有保护作用。在哺乳动物mRNA分子中，除翻译部分（即从起始密码至终止密码之间的mRNA）外，一般还包括靠近5末端的非翻译区（5不翻译部分）和靠近3末端的非翻译区（3不翻译部分）。在5非翻译区中还有5末端的“帽子”结构（7-甲基鸟嘌呤核苷酸残基），3非翻译区有3末端的多聚A“尾巴”。所以，哺乳动物mRNA分子的结构可表示如下：mRNA分子5非翻译区和3非翻译区虽然不编码蛋白质分子中的氨基酸，但它们可能对控制mRNA的翻译和降解速度、对mRNA从胞核向胞质的输送速度进行调节等方面具有一定意义。此外，5末端的“帽子”结构可保护mRNA免受磷酸酶与某些核酸酶的降解，
11、并使翻译过程易于启动，也有人认为，它是真核生物mRNA与核糖体结合的原始识别信号。而3末端的多聚A“尾巴”可能是mRNA与蛋白质的结合点之一，由此可使mRNA免受某些核酸酶的降解，因此，mRNA 3末端的多聚A“尾巴”对mRNA具有保护作用。同时，mRNA 3末端的多聚A“尾巴”与翻译效率有直接的关系，带polyA的mRNA比无polyA的mRNA的翻译效率要高得多。近年研究表明，在真核细胞的翻译过程中，mRNA的5非翻译区与polyA间会通过其他一些蛋白质的帮助而头尾结合起来，如哺乳动物中，这些蛋白质主要有：起始因子3、4A、4B、4G、4E（eIF3、4A、4B、4G、4E）、polyA结
12、合蛋白（polyA binding protein，PABP）、PABP作用蛋白（PAIP-1）等。mRNA的5非翻译区与polyA间的相互作用不仅能促进翻译的高效进行，而且在维持mRNA的完整性方面也有重要作用。tRNAtRNA是搬运氨基酸的工具是搬运氨基酸的工具tRNA在蛋白质生物合成过程中的作用是将胞液中的-氨基酸搬运至核糖体上，它包括以下过程：1 1氨基酸与氨基酸与tRNAtRNA分子结合（氨基酸的活化）分子结合（氨基酸的活化）：在生物体内，一种tRNA只能与一种氨基酸结合（即一种tRNA只能搬运一种氨基酸），而一种氨基酸可与一种以上的tRNA分子结合，所以，tRNA的种类比氨基酸（2
13、0种）多。氨基酸与tRNA的结合需要氨酰tRNA合成酶催化，并需要消耗ATP。其反应式如下：氨酰tRNA合成酶tRNA+氨基酸+ATP 氨酰-tRNA+AMP+Ppi在氨酰-tRNA分子中，氨基酰结合在tRNA 3末端腺苷酸残基核糖部分的3位羟基上。此外，由于每种tRNA对一种氨基酸是特异性的，因此，通常将该氨基酸的三字母缩写写在相应tRNA的右上角，如tRNAArg则表示该tRNA是携带精氨酸的tRNA分子。氨酰tRNA合成酶存在于胞液中，是一类具有高度特异性的酶，它既能识别特异的氨基酸，又能辨认携带该种氨基酸的特异tRNA分子，亦即在体内，每种氨酰tRNA合成酶都能从20种氨基酸中选出与之
14、相对应的一种，并选出与此氨基酸对应的特异tRNA分子。但在体内，同一氨基酸常有数种与之相适应的不同的特异tRNA，亦即一种氨基酸可被其相对应的数种tRNA所携带，所以，氨酰tRNA合成酶对tRNA的选择性较对氨基酸的选择性稍低。此外，氨酰tRNA合成酶还具有校正活性，可使误载的氨基酰从氨酰-tRNA分子上水解下来，对于保证翻译的准确性具有重要意义。真核生物与原核生物的tRNA结构相似，但在翻译过程中行使起始作用的tRNA与其他tRNA分子不同。在真核细胞中，这种具有起始作用的tRNA是甲硫氨酰-tRNA，在原核细胞中，具有起始作用的tRNA是甲酰甲硫氨酰-tRNA。这是原核生物与真核生物tRN
15、A的一个不同之处。起始tRNA能特异地识别作为起始密码的AUG。在原核生物中，仍是先形成甲硫氨酰-tRNA，再由甲硫氨酰-tRNA转甲酰基酶的催化，由甲酰四氢叶酸提供甲酰基而生成甲酰甲硫氨酰-tRNA。另外，在细胞内，还有一类能携带甲硫氨酸的tRNA，它不能识别翻译的起始密码AUG，而只能在肽链合成开始后识别起始密码之后的AUG。2 2tRNAtRNA对遗传密码的识别作用（遗传密码的对遗传密码的识别作用（遗传密码的解读）解读）:携带有氨基酸的氨酰-tRNA，依靠其tRNA分子中反密码环上的反密码（由3个碱基组成）与mRNA上的密码进行配对结合，从而将其所携带的氨基酸带到蛋白质生物合成的场所核糖
16、体上去。tRNA的反密码与mRNA上的遗传密码配对结合时，具有以下特点：1）一对一地配对。即tRNA反密码的3个碱基分别与mRNA上密码的3个碱基按一对一的关系配对结合。2）反密码与密码结合时方向相反。即反密码的第1、2、3位碱基分别与密码的第3、2、1位碱基配对。1）反密码与密码配对时，反密码的第2、3位碱基分别与密码的第2、1位碱基配对时严格遵循碱基配对规则（即A与U、G与C配对），而反密码的第1位碱基与密码的第3位碱基配对时不严格遵循碱基配对规则，后者成为摆动配对或不稳定配对（wobble base pair）。通过摆动配对，使得携带有同种氨基酸的不同tRNA分子可分别结合在几种同义密码
17、上。如反密码为IGC的丙氨酰-tRNA，可分别结合到同义密码GCU、GCC、GCA上（GCU、GCC、GCA均为编码丙氨酸的密码）。摆动配对的存在对于保持生物物种的稳定具有重要意义。摆动配对情况摆动配对情况反密码的第1位碱基GC AUI密码的第3位碱基U或C GUA或GA、U或C3 3tRNAtRNA是氨基酸与遗传密码间的适配器：是氨基酸与遗传密码间的适配器：tRNA在蛋白质生物合成过程中的作用是搬运氨基酸，通过氨酰tRNA合成酶的作用，使特定的氨基酸与其相应的特异tRNA分子结合起来形成氨酰-tRNA，进一步通过tRNA的反密码去识别mRNA上的遗传密码并与之配对结合，从而按照遗传密码的要求
18、将相应氨基酸带至蛋白质生物合成的场所核糖体上，以保证能根据mRNA的遗传信息翻译出正确的多肽链。因此，tRNA在氨基酸与遗传密码间起适配器的作用。核糖体是蛋白质生物合成的场所核糖体是蛋白质生物合成的场所核糖体由大、小亚基组成，其组成成份包括rRNA和蛋白质。真核生物的核糖体比原核生物大，成份也远较原核生物复杂。细胞内的核糖体，有的附着在内质网上，有的游离存在于胞质中。前者主要参与合成分泌性的蛋白质（如胰岛素、白蛋白等）和膜蛋白，后者主要参与合成细胞自身需要的非膜蛋白等固有蛋白质。原核生物核糖体的小亚基的rRNA（16S）的3末端有一富含嘧啶的区段，可与mRNA分子的起始部位的一段富含嘌呤的区段
19、互补结合，使mRNA结合至核糖体上。mRNA分子中的这段富含嘌呤的区段称为S-D序列（Shine-Dalgarno sequence）(通常为GGAGGU)。S-D序列位于mRNA的5端紧接起始信号的上游。但在真核细胞的相应rRNA(18S)中，却并无上述与S-D序列互补的结构存在。核糖体在蛋白质生物合成过程中起核糖体在蛋白质生物合成过程中起“装配机装配机”的作的作用。在核糖体上，与蛋白质生物合成有关的主要结构用。在核糖体上，与蛋白质生物合成有关的主要结构有：有：1有容纳mRNA的部位。如原核生物核糖体的小亚基的rRNA（16S）的3末端有一富含嘧啶的区段，是与mRNA结合所必需的结构。2有结
20、合氨酰-tRNA的部位，称为氨酰基部位，简称A位。3有结合肽酰-tRNA的部位，称为肽酰基部位，简称P位。4在大亚基上，尚有转肽基酶（transpeptidase）存在，可催化肽键的形成。A位和P位呈紧密相邻，每个部位的宽度正好相当于mRNA上一个遗传密码的宽度。蛋白质生物合成过程蛋白质生物合成过程蛋白质的生物合成过程包括：蛋白质的生物合成过程包括：氨基酸的活化；活化氨基酸的搬运；活化氨基酸在核糖体上形成多肽链。后者是蛋白质生物合成的中心环节，它包括了从核糖体的大、小亚基在mRNA上的聚合开始（形成核糖体）至核糖体解聚为大、小亚基，离开mRNA而告终，解聚后的大、小亚基又可再与mRNA结合成核
21、糖体开始另外的蛋白质合成。因此，蛋白质生物合成过程又称为核糖体循环。起始阶段起始阶段 在蛋白质生物合成的起始阶段，形成起始复合物。原核生物和真核生物形成起始复合物的过程虽有一些共同点如核糖体、mRNA和起始tRNA的结合；需要多 种 蛋 白 质 因 子（称 为 起 始 因 子（initiation factor，IF）；需要三磷酸核苷提供能量等，但仍有许多差异。一、原核生物的起始过程：一、原核生物的起始过程：原核生物起始复合物原核生物起始复合物 形形 成成 的的 主主 要要 过过 程程 1）借助于IF3的帮助，mRNA与核糖体的30S小亚基结合。2）甲酰甲硫氨酰-tRNA（f-Met-tRNA
22、t-Met）借助tRNA的反密码与mRNA的起始密码AUG配对结合，形成30S的起始复合物。在此过程中，需要IF2和GTP。3）50S大亚基与30S起始复合物结合形成70S起始复合物，此时需要IF1的帮助。70S起始复合物形成后，会释放出IF1、IF2和IF3，并水解GTP释放出能量，变为GDP和Pi。原核生物的起始复合物的主要成份有：原核生物的起始复合物的主要成份有：甲酰甲硫氨酰-tRNA、核糖体的小亚基、大亚基和mRNA。70S起始复合物形成后，在核糖体的P位结合有甲酰甲硫氨酰-tRNA（与起始密码AUG配对结合），而A位空着且正好处于起始密码AUG之后的下一个密码。真核生物起始复合物的形
23、成真核生物起始复合物的形成 1)具有起始作用的甲硫氨酰-tRNA（Met-tRNAt-Met）、GTP和起始因子2（eukaryote initiation factor2，eIF2）结合形成复合物I，在此过程中，需要eIF2B的帮助。然后复合物I与呈游离状态的核糖体小亚基（40S）结合，形成复合物。在后者的过程中，还需要eIF3和eIF4C的参与。2)复合物与mRNA结合，此结合反应需要ATP，通过ATP水解释放出的能量，使复合物在mRNA上滑动，并使起始甲硫氨酰-tRNA的反密码刚好对上mRNA的起始密码AUG，从而形成复合物。在复合物的形成过程中，需要多种起始因子参与。主要有：eIF1、
24、eIF4A、eIF4B、eIF4E、eIF4F。3)核糖体大亚基（60S）与复合物结合，形成80S起始复合物。此步需要eIF5。此时，附着于复合物上的GTP水解为GDP与Pi，同时，原来附着在复合物上的起始因子也从核糖体上释放出来。真核生物起始复合物的成份有：真核生物起始复合物的成份有：具有起始作用的甲硫氨酰-tRNA、核糖体的小亚基、大亚基和mRNA。此时，核糖体的结构与原核生物70S起始复合物类似。二、肽链合成的延伸阶段二、肽链合成的延伸阶段 这一阶段主要包括了三个步骤的重复循环：进位、转肽和移位，同时需要延伸因子（elongation factor，EF）和GTP的参与。在原核生物中，延
25、伸因子有EFTu、EFTs和EFG；在真核生物中，延伸因子有EFT1和EFT2。1.1.进进 位：位：根据A位处的遗传密码所，携带相应氨基酸的氨酰-tRNA通过其反密码与mRNA的密码进行配对结合，即氨酰-tRNA进入A位的过程，称为进位。此步需要消耗GTP和EFTu和EFTs（真核细胞为EFT1）。2 2转肽：转肽：进位完成后，在核糖体的P位有甲酰甲硫氨酰-tRNA（真核细胞为起始甲硫氨酰-tRNA），A位有刚进位的氨酰-tRNA。此时，在转肽酶的作用下，P位上的甲酰甲硫氨酰-tRNA的甲酰甲硫氨酰基（真核细胞为甲硫氨酰基）被转移至A位的氨酰-tRNA上，通过甲酰甲硫氨酰基（真核细胞为甲硫氨
26、酰基）的活化羧基与A位的氨酰-tRNA的氨基缩合形成一个肽键（产物是二肽）,此过程称为转肽。转肽完成后，P位上的tRNA分子脱落而离开P位。3 3 移位：移位：核糖体沿着mRNA的53方向移动一个密码的位置，使原来处于A位的二肽酰-tRNA被移至P位，而A位则空着且下一个密码正好处于A位。此步需要消耗GTP和EFG（真核生物为EFT2）。移位完成后，此时核糖体的情况与起始复合物基本相似，不同的是此时P位是二肽酰-tRNA；而起始复合物中P位是甲酰甲硫氨酰-tRNA（真核细胞为起始甲硫氨酰-tRNA）。随后，不断重复上述过程，使肽链不断延伸。通过进位、转肽、移位三步，可形成一个肽键，每重复循环一
27、次，即可产生一个肽键。可见，在蛋白质生物合成过程中，每生成一个肽键实际需要消耗4个高能磷酸键（进位、移位各消耗1分子GTP的1个高能磷酸键，氨基酸活化时需要消耗1分子ATP的2个高能磷酸键）。三、肽链合成的终止阶段三、肽链合成的终止阶段随着核糖体不断沿着mRNA从53方向移动，新生肽链不断延长，至A位出现终止密码（UAA、UAG或UGA）时，任何氨酰-tRNA都不能进入到A位，但终止因子（或称为释放因子，release factor，RF）可识别终止密码并进入A位，此时，终止因子使转肽酶的活性发生改变即不起转肽作用而其水解作用。在转肽酶的作用下，P位上的肽酰-tRNA的多肽链与tRNA的连接键
28、被水解，多肽链从核糖体上释放出来。随后，终止因子、失去多肽链的tRNA分子依次从核糖体上脱落，核糖体本身也离开mRNA并解离为大、小亚基，蛋白质生物合成过程结束。解离的大、小亚基又可重新与mRNA结合而开始另外蛋白质的合成。四、参与核糖体循环的蛋白质因子四、参与核糖体循环的蛋白质因子及其作用及其作用:1 1起始阶段：起始阶段：在原核生物，参与起始阶段的蛋白质因子（起始因子）只有3种。在真核生物中，起始因子种类较多，至少有10种蛋白质因子，其作用见下表。真核生物的起始因子真核生物的起始因子 起始因子 作作 用用 eIF1促进40S小亚基与mRNA结合并稳定之 eIF2与起始tRNA、GTP形成复
29、合物，为起始tRNA与40S小亚基结 合所必需 eIF3 促进起始tRNA与mRNA结合，促使80S核糖体保持解离状态 eIF4A促进40S小亚基与mRNA结合，具有ATP酶活性 eIF4B促进40S小亚基与mRNA结合，解旋 eIF4C 促使80S核糖体为大、小亚基，使起始tRNA与小亚基稳定结合 eIF4D促使第一个肽键的合成 eIF4E与mRNA的“帽子”结合 eIF4F与mRNA的“帽子”结合，具有使mRNA 5端起始部分解旋作用，并有ATP酶活性 eIF5为与大亚基结合成80S起始复合物所必需，促使GTP水解2 2延伸阶段延伸阶段原核生物中，参与肽链延伸阶段的蛋白质因子（延伸因子）有
30、3种：EFTu、EFTs和EFG，真核生物中的延伸因子有2种：EFT1和EFT2。EFTu和EFTs的作用与EFT1相似，EFG的作用与EFT2相似，EFT1（原核细胞为EFTu和EFTs）为氨酰-tRNA进位所必需，并有GTP酶的活性；EFT2（原核细胞为EFG）可促进移位，并也有GTP酶的活性。3 3终止阶段终止阶段参与肽链合成终止阶段的蛋白质因子是终止因子（RF），它能识别并结合终止密码，使转肽酶具有水解酶的作用，RF亦有GTP酶的活性。五、多核糖体五、多核糖体多核糖体是指多个核糖体在同一时间内与同一mRNA结合。当开始合成蛋白质时，一个核糖体先附着在mRNA的一端（起始部位），然后沿着
31、mRNA链由53方向移动，根据mRNA的遗传信息，连续接受相应的氨酰-tRNA而合成多肽链；当这一核糖体移动至离开起始密码AUG一定距离后，另一个核糖体又可附着在该mRNA的起始部位，又开始此多肽链合成；当这一核糖体移动至离开起始密码AUG一定距离后，另一个核糖体又可附着在该mRNA的起始部位，又开始此多肽链的合成；直至终止密码。依此下去，在同一条mRNA链上，可以几乎同时合成多个相同的多肽链，从而大大提高翻译的效率。一条mRNA上可结合的核糖体数目的多少，与mRNA分子的大小有关，一般从几个至几十个核糖体不等。六、翻译后的加工六、翻译后的加工翻译过程中合成出的多肽链,即使能自行卷曲、折叠而具
32、有一定的空间构象，但还不是具有生物活性的成熟蛋白质。它们必须通过进一步的加工、修饰甚至几条多肽链聚合等才能表现出生物活性，此 过 程 称 为 蛋 白 质 的 翻 译 后 加 工（posttranslational processing）。加工的主要方式有：1 1水解剪接作用：水解剪接作用：通过蛋白酶或肽酶的水解作用，将多肽链的N-末端或C-末端甚至分子内部切除一个或多个氨基酸残基。如切除N-末端的甲硫氨酸残基、信号肽（signal peptide）的切除等。信号肽是一段位于多肽链N端的、其组成中含有较多疏水性氨基酸残基的多肽。信号肽通常由1530个氨基酸残基组成。其作用是引导多肽链通过内质网膜
33、的脂质双层而进入内质网间隙。体内的分泌性蛋白质的合成过程中，N端往往有信号肽存在，当其作用一旦完成后，即可被内质网膜上的信号肽酶所水解。水解剪接作用有时并非等到肽链合成终止后才发生，有时边合成已边进行加工。2 2二硫键的形成：二硫键的形成：mRNA上并无胱氨酸的遗传密码。蛋白质分子中的二硫键是在多肽链合成后由两个半胱氨酸的巯基氧化而产生。这种二硫键的形成可发生在一条多肽链内，也可发生在多肽链与多肽链之间。3 3氨基酸残基侧链的修饰：氨基酸残基侧链的修饰：在结缔组织的蛋白质氨基酸组成中，通常有羟脯氨酸和羟赖氨酸。这两种氨基酸在mRNA分子中并无其遗传密码。它们是多肽链合成后，由脯氨酸和赖氨酸经过
34、羟化而形成的。此外，氨基酸残基侧链的修饰还包括丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸等羟基的磷酸化等。4 4亚基聚合、结合辅基：亚基聚合、结合辅基：具有四级结构的蛋白质，是由两条或两条以上多肽链通过非共价键而形成的寡聚体（oligomer），它们的形成是先合成每条多肽链，然后再聚合在一起形成具有四级结构的蛋白质。此外，结合蛋白质的合成也是先合成其多肽链部分，再与其相应的辅基结合起来而形成结合蛋白质如血红蛋白的合成等。七、蛋白质生物合成与医学的关七、蛋白质生物合成与医学的关系系1 1、分子病、分子病 由于DNA分子上基因的遗传性缺陷，在转录后导致mRNA分子的结构异常和蛋白质的合成障碍，使得体内产生某些结构和功
35、能异常的蛋白质，由此导致的疾病称为分子病。遗传性疾病的发生往往与其相应基因的突变有关；目前还发现，放射病、肿瘤等的发生可能也与某些基因的突变有关。2.2.蛋白质生物合成的抑制剂蛋白质生物合成的抑制剂 包括抗生素在内的许多物质，它们对原核生物或真核生物细胞的蛋白质生物合成都有抑制作用，主要有：1）抗生素 抗生素一般是由细菌或真菌所产生的，对其他生物的生长具有抑制作用的物质。目前已广泛用于临床上治疗细菌感染性疾病（能抑菌或杀菌作用）和科学研究中。常用抗生素对翻译过程的作用有:A影响复制和转录过程的有:自力霉素(一种丝裂霉素,mitomycin)、争光霉素（相当于博来霉素，bleomycin）等，可
36、与双链DNA链间GC对结合，妨碍双链拆开，从而抑制复制与转录过程。此外，放线菌素（actinomycin）可插入双链DNA间而破坏DNA的模板活性，也可抑制复制与转录过程。它们均可用于抗肿瘤用。B影响转录过程：利福霉素（rifamycin）可抑制原核细胞的RNA聚合酶活性而影响原核细胞的转录，临床上用于抗菌用。C影响翻译过程的不同环节：种类较多，常用的有：四环素族（tetracyclin）包括金霉素、四环素、土霉素等，它们能抑制起始氨酰-tRNA与核糖体小亚基结合，从而抑制蛋白质的生物合成，对原核生物和真核生物均有作用。但在完整细胞中，四环素族不能透过真核细胞膜，故实际上只能对原核细胞的翻译过
37、程产生抑制作用，临床上用于抗菌用。氯霉素（chloromycetin）和林可霉素（lincomycin）能与原核生物的核糖体大亚基结合，抑制转肽酶的活性而阻断蛋白质生物合成。由于哺乳动物细胞线粒体的核糖体结构与原核细胞类似，所以，也可影响哺乳动物细胞线粒体中的蛋白质合成，特别是高浓度时。氯霉素和林可霉素临床上主要用于抗菌用。链霉素类（streptomycin）包括链霉素、卡那霉素等。能与原核生物核糖体小亚基结合而改变其构象，引起读码错误。临床上用于抗菌用。此外，结核杆菌对链霉素和卡那霉素特别敏感，可用于抗结核用。嘌呤霉素（puromycin）嘌呤霉素的结构与酪氨酰-tRNA（tyr-tRNAt
38、yr）相似，从而可取代某些氨酰-tRNA进入A位（进位），当蛋白质生物合成时延伸过程中A位出现此异常物质时，新合成的肽链很容易从核糖体上脱落而终止其蛋白质的生物合成。嘌呤霉素对原核生物、真核生物均有此作用，因而不能用于抗菌用，有人试用于抗肿瘤用。放线菌酮（cycloheximide）可抑制真核细胞核糖体的转肽酶的活性从而抑制真核细胞蛋白质的生物合成。通常用作研究试剂。白喉毒素（diphtheria toxin）它是由白喉杆菌所产生的，对真核生物有剧毒的毒性蛋白质。，其实它是一种酶，可对真核生物的延伸因子2（EFT2）起共价修饰作用，生成EFT2的腺苷二磷酸核糖衍生物（EFT2-核糖-ADP），
39、从而使EF-2失活而抑制真核生物的蛋白质生物合成。2）其他干扰蛋白质生物合成的物质干扰素（interferons，IFN）干扰素是细胞感染病毒后所产生的一类蛋白质。它在双股RNA（如某些病毒RNA）存在时，可活化一种蛋白激酶，该激酶可使eIF2磷酸化，从而抑制蛋白质的生物合成。此外，干扰素亦可间接活化一种核酸内切酶而使mRNA降解。血红素（heme）血红素是血红蛋白的辅基，它对珠蛋白的合成具有调节作用。在网织红细胞内存在着一种依赖cAMP的蛋白激酶，它由2个调节亚基和2个催化亚基组成（R2C2），在cAMP的促进下，它转变为2R-cAMP及具有活性的2C，后者可使无活性的eIF2激酶磷酸化而变为有活性的eIF2激酶，eIF2激酶能使eIF2磷酸化而失活，从而抑制蛋白质的合成。通过这种方式，血红素即可调节珠蛋白的合成。
